(57)【要約】【課題】極小内径加工においても良好な加工面粗度を実現できるとともにチッピングや摩耗しにくい長寿命な切削工具およびそれを用いた内径加工方法を提供する。【解決手段】工具ホルダ２から突出した突出部５を有し、突出部５をワークの内径に挿入して加工する切削工具１において、スローアウェイチップ４の少なくとも突出部５が、鉄族金属を５質量％以上の割合で含有する焼結合金からなるとともに、該焼結合金の残留磁束密度を５０×１０−４Ｔ以上とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具の少なくとも切刃部周辺が、鉄族金属を５質量％以上の割合で含有する焼結合金からなるとともに、該焼結合金の残留磁束密度が５０×１０−４Ｔ以上であることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記切削工具が、工具ホルダから突出した突出部を有し、該突出部をワークの内径に挿入して加工する切削工具であって、前記切削工具の少なくとも前記突出部が、鉄族金属を５質量％以上の割合で含有する焼結合金からなるとともに、該焼結合金の残留磁束密度が５０×１０−４Ｔ以上であることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
【請求項３】
前記焼結合金中のコバルトの含有量が７〜１３質量％であることを特徴とする請求項１または２記載の切削工具。
【請求項４】
前記突出部が、直径５ｍｍφ以下、突出長さが５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２または３記載の切削工具。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの切削工具を用いて、被削材の加工面における算術平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１０μｍ以下となるように加工することを特徴とする切削加工方法。
【請求項６】
前記加工が、内径６ｍｍ以下の内径を加工する方法であることを特徴とする請求項５記載の切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削工具およびそれを用いた切削加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、内径加工用の切削工具として、工具ホルダの先端に棒状の突出部を設け、極小内径の加工が可能な切削工具が開発されている（特許文献１、２等参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−３２５０４号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平１１−３２０２１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１，２に記載されるような突出部を有する切削工具を用いて内径加工を行う方法において、最近の電子機器の小型化、超精密化に伴って加工する被削材の内径が小径化する傾向にあり、加工中に発生する加工屑が系外に排出されにくく、切削部に噛みこんで切刃の欠損を引き起こしたり加工面粗度を悪化させる結果、高精度な加工ができなくなるという問題があった。
【０００６】
また、溝入加工等においても、超精密加工のように切屑が粉状となるような加工条件においては、切屑がうまく排出されず、溝内に残ってしまう場合があり、切刃部への噛み込みによる欠損や加工面粗度の低下を引き起こす可能性があった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、極小内径加工においても良好な加工面粗度を実現できるとともにチッピングや摩耗しにくい長寿命な切削工具およびそれを用いた内径加工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記不具合を解消すべく、切削工具の少なくとも切刃部周辺が、鉄族金属を５質量％以上の割合で含有する焼結合金からなるとともに、該焼結合金の残留磁束密度が５０×１０−４Ｔ以上であることより、極小内径加工においても良好な加工面粗度を実現できるとともにチッピングや摩耗しにくい長寿命な切削工具が得られることを知見した。
【０００９】
ここで、工具ホルダから突出した突出部を有し、該突出部をワークの内径に挿入して加工する切屑排出性が悪くなりやすい切削工具において、特に前記切削工具の少なくとも前記突出部を、鉄族金属を５質量％以上の割合で含有するとともに、該焼結合金の残留磁束密度が５０×１０−４Ｔ以上の焼結合金にて構成することにより、有効に切屑を系外へ排出して良好な切削を可能とすることができる。
【００１０】
ここで、前記超硬合金中のコバルトの含有量が７〜１３質量％であることが超硬合金の強度を高めてチップの耐欠損性および耐摩耗性を高める点で望ましい。
【００１１】
また、本発明によれば、特に、前記突出部が、直径５ｍｍφ以下、突出長さが５ｍｍ以上である場合においても、加工中に発生する加工屑が系外に排出されにくくなることなく、切削部に噛みこんで切刃の欠損を引き起こしたりすることもなく、加工面粗度を維持して、高精度な加工が可能となる。
【００１２】
さらに、前記切削工具を用いた本発明の切削加工方法は、被削材の加工面における算術平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１０μｍ以下となるように加工することを保障するものであり、特に内径６ｍｍ以下の内径加工の際においても良好な切削が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の切削工具について、その好適例であるスローアウェイチップをホルダ内に装着した一例についての平面図である図１、図１の切削工具をＡ方向から見た矢視図である図２、および図２の切削工具の先端拡大図である図３（ａ）、そして切削工具の突出部の断面図である図３（ｂ）に基づいて説明する。
【００１４】
図１によれば、切削工具（以下、単に工具と略す。）１はホルダ２の先端に孔３が形成され、この孔３内にスローアウェイチップ（以下、単にチップと略す。）４を装着してなる。ここで、チップ４は、工具ホルダ２の先端から略棒状をなす突出部５が突出し、この突出部５の長手方向の一端に切刃６を有している。さらに、チップ４の他端には長手方向に対する長さが短い部分のある斜平面部９を有しており、この斜平面部９をホルダ２に取り付けられた円柱状の固定部材１０に当接して固定する構成となっている。この構成によれば、チップ４を交換する際にも切刃６を精度よく位置決めして装着することができるとともに、チップ４を強固に拘束できることから切削中にチップ４が回転して切刃６の位置がずれたりチップ４が緩んだりすることを防止できる。
【００１５】
本発明によれば、チップ４の少なくとも突出部５が、鉄族金属を５質量％以上の割合で含有するとともに、該焼結合金の残留磁束密度が５０×１０−４Ｔ以上の焼結合金にて構成することが大きな特徴であり、これにより、極小内径加工においても良好な加工面粗度を実現できるとともにチッピングや摩耗しにくい長寿命な切削工具が得られる。
【００１６】
なお、本発明における焼結合金とは、鉄族金属からなる結合相にて硬質相を結合した形態からなり、具体的には、超硬合金、サーメット、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の群から選ばれる１種を指す。中でも、製造の容易性、コスト、耐欠損性、超精密加工に適する点で、超硬合金からなることが望ましい。
【００１７】
ここで、前記超硬合金中のコバルトの含有量が７〜１３質量％であることが、前記突出部の残留磁束密度を確実に制御できるとともに、焼結合金の強度を高めてチップの耐欠損性および耐摩耗性を高める点で望ましい。
【００１８】
また、本発明によれば、焼結合金中の硬質粒子の平均粒径は０．１〜１．５μｍ、特に０．２〜０．８μｍであることが、硬度および強度を高める点で望ましく、硬質粒子の含有量は耐チッピング性および耐摩耗性の点で７０〜９３体積％であることが望ましい。
【００１９】
さらに、本発明によれば、合金中に、粒径が０．３μｍ以上、特に０．５μｍ以上の結合相が凝集した結合相プールを組織中に含有せしめて、焼結合金の残留磁束密度の制御を容易に行うこともできる。ただし、焼結合金の高強度を維持する点では、結合相プールの最大粒径は３μｍ以下、特に２μｍ以下であることが望ましい。
【００２０】
また、本発明によれば、特に、前記突出部が、直径５ｍｍφ以下、特に４ｍｍφ以下、突出長さが５ｍｍ以上、特に１０ｍｍ以上である場合においても、加工中に発生する加工屑が系外に排出されにくくなることなく、また切削部に噛みこんで切刃の欠損を引き起こしたりすることもなく、加工面粗度を維持して、高精度な加工が可能となる。
【００２１】
さらに、前記切削工具を用いた本発明の内径加工方法は、被削材の加工面における算術平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１０μｍ以下となるように内径加工することを保障するものである。
【００２２】
なお、上記チップ４は、それ単独でもよいが、このチップ４の切刃先端部における焼結合金母材の表面に、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＣｒＮ、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ２Ｏ３の群から選ばれる少なくとも１種の被覆層を単層または複数層形成することによって、さらに耐酸化性、耐摩耗性に優れた切削工具等の高硬度材とすることができる。なお、この場合でも、被覆層の総膜厚を１〜１０μｍとすることによって、切刃先端部に切屑がかみこむことを防止することも可能である。
【００２３】
また、図２においては、ホルダ２の先端には長手方向にチップ４を固定する孔３に連通する第１のスリット溝１１が設けられ、また、第１のスリット溝１１の終端は図３に示すように略棒状孔と直交する方向に配設される第２のスリット溝１４と連通し、第２のスリット溝１４よりも先端側においてはスリット溝１１が開口したコの字状をなしている。そして、ホルダ２の第１のスリット溝１１間（コの字状の開口部）を繋ぐようにホルダ２にボルト１２が螺合されることによってチップ４のホルダ拘束部１５に孔３の壁面が押圧されチップ４の側面がホルダ２に拘束される。
【００２４】
さらに、図１において、切刃６の上面に連続してすくい面７が形成されており、そのすくい面７の切刃６に隣接する部位にはブレーカとして機能するための凹曲面が形成されている。一方、切刃６の先端面側には前切刃６ａが、切刃６の側面側には横切刃６ｂがそれぞれ形成されている。さらに、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、突出部５の断面において逃げ面１７と突出部円弧側面１６との間には切屑を効率よく排出するための切り欠き部８が形成されている。
【００２５】
また、図１乃至３では、工具ホルダから突出する棒状の突出部を有する切削工具について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、溝入加工工具や端面加工工具においても良好に適応可能である。さらに、上述したホルダに着脱可能なスローアウェイチップ以外にも、ソリッドタイプの切削工具についても適応可能である。
【００２６】
（製造方法）
次に、上述した工具のチップを製造する方法について、母材として超硬合金を用いた場合について説明すると、まず、例えば、平均粒径０．１〜１．５μｍ、特に０．１〜０．８μｍのＷＣ粉末を７０〜９３質量％、平均粒径１〜１．３μｍの周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属、特に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の金属の炭化物、窒化物および炭窒化物粉末もしくは前記金属２種以上の固溶体粉末を総量で０〜１５質量％、平均粒径０．１〜１μｍの鉄族金属粉末を８〜１２質量％、さらには所望により、金属Ｗ（Ｗ）粉末、あるいはカーボンブラック（Ｃ）を調合して、混合、粉砕する。混合、粉砕は、アトライタミルを用いて１８〜３５時間混合、粉砕することが、残留磁束密度の制御および硬度、強度および靭性の向上の点で望ましい。
【００２７】
その後、上記混合、粉砕粉末を金型プレス等の成形方法によって所定のチップ形状にプレス成形した後に焼成する。焼成にあたっては、まず、この成形体を、１４００〜１４５０℃にて１〜２時間真空焼成する。この真空焼成によって、相対密度９８％以上にち密化する。そして、この後、所望により、前記焼成温度より２０〜５０℃低い温度にて０．５〜１時間、５０〜１００ＭＰａの圧力で熱間静水圧処理を施す。なお、真空焼成時の真空度は、０．１〜１００Ｐａであることが適当である。ここで、上記焼成条件において、焼成後の冷却速度は１〜４℃／分であることが着磁の均一性の点で望ましい。
【００２８】
なお、上記の超硬合金に、前述したような被覆層を形成するには、所望により、上記超硬合金の表面を研削、研磨、洗浄した後、従来公知のＰＶＤ法やＣＶＤ法等の薄膜形成法によって形成することができるが、本発明によれば、イオンプレーティング法によって被覆層を成膜する際、磁石からなる冶具にチップを載置して固定した状態で成膜すると着磁が可能であるとともに製造が容易となる。また、被覆層の厚みは、耐衝撃性、耐摩耗性の点、および切削時に切屑を確実に被削材表面から除去してチップ表面に吸い付ける点で１〜１０μｍ、特に２〜５μｍであることが望ましい。
【００２９】
その後、本発明によれば、例えば、チップ４を磁化率が１０００×１０−４Ｔ以上の磁石に接触させるか、または磁界発生装置内にチップを載置して１０００×１０−４Ｔ以上の外部磁界を印加することにより、チップ４の残留磁束密度を５０×１０−４Ｔ以上に着磁する。これによって、極小内径加工時に切屑が系内に残存してチップの切刃や切削面に不具合を引き起こすことなく切屑処理性に優れた長寿命のスローアウェイチップを作製することができる。
【００３０】
なお、本発明によれば、上記着磁方法については、イオンプレーティング法のような物理蒸着（ＰＶＤ）法にてチップ表面に硬質被覆層を成膜する際に磁化率が１０００×１０−４Ｔ以上の磁石からなる固定冶具を用いることによって、チップの残留磁化率を５０×１０−４Ｔ以上に制御することも可能である。
【００３１】
（切削方法）
また、上記方法によって得られた切削工具を用いて切削加工するには、チップの切刃部を加工物の内部に入れて切屑を切刃部周辺に付着させながら加工する。次に、加工が終了した段階で、切刃部周辺に付着した切屑とともに切刃部を系外へ引き抜く。そして、切刃部周辺に付着した切屑をエアーブローにて強制的に吹き飛ばす方法等により切刃部周辺をクリーン化した状態で次の加工を行うことにより、繰り返し切削加工が可能である。
【００３２】
【実施例】
平均粒径０．４μｍの炭化タングステン粉末に対して、コバルト粉末を１２質量％、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を０．６質量％、炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．３質量％の割合で添加し、アトライタミルにて２０時間混合、粉砕し、乾燥した後、プレス成形により図１に示すスローアウェイチップ形状に成形し、１４００℃で１時間焼成した。
【００３３】
得られた焼結体チップに対して、イオンプレーティング法にて切刃部先端にＴｉＣＮ膜を２μｍ成膜して、ＶＰＧＴ形状のスローアウェイチップを作製した。
【００３４】
そして、上記チップをフェライト製（残留磁束密度＝０．４×１０−４Ｔ）の磁石からなる冶具に１０秒間以上載置した。
【００３５】
得られたスローアウェイチップについて、ガウス計によりチップ突出部の表面に接触させた状態で残留磁束密度を５箇所で測定したところ、平均９０×１０−４Ｔであった。また、下記の条件により切削試験を行い、被削材の表面粗さ（Ｒａ）が０．１０μｍを超えた時点を寿命としてワークの加工数を測定したところ、２０００個まで加工可能であった。
【００３６】
切削条件
被削材    ＳＵＳ４３０Ｆ（外径１０ｍｍφ×内径４ｍｍφ×長さ１０ｍｍ）
加工形態  内径仕上げ切削
回転数    ７０００ｒｐｍ
切り込み  ０．０１ｍｍ
送り      ０．００８ｍｍ／ｒｅｖ
切削状態  湿式
（比較例）
実施例のスローアウェイチップに対して、磁場を印加する工程を省く以外は、実施例と同様にチップを作製して評価したところ、残留磁束密度は５×１０−４Ｔであり、切削試験におけるチップの寿命は１５００個であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の切削工具によれば、切削工具の少なくとも切刃部周辺が、鉄族金属を５質量％以上の割合で含有する焼結合金からなるとともに、該焼結合金の残留磁束密度が５０×１０−４Ｔ以上であることより、極小内径加工においても良好な加工面粗度を実現できるとともにチッピングや摩耗しにくい長寿命な切削工具が得られる。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切削工具の好適例であるスローアウェイチップを工具ホルダ先端に装着した内径加工用切削工具についての概略断面図である。
【図２】図１の切削工具のＡ方向から見た図である。
【図３】（ａ）図２の切削工具の先端拡大図、（ｂ）切削工具の突出部の断面図である。
【符号の説明】
１      切削工具（工具）
２      工具ホルダ
３      孔
４      スローアウェイチップ（チップ）
５      突出部
６      切刃
６ａ    前切刃
６ｂ    横切刃
７      すくい面
８      切り欠き部
９      斜平面
１０    固定部材
１１    第１のスリット溝
１２    ボルト
１４    第２のスリット溝
１５    ホルダ拘束部
１６    突出部円弧側面
１７    逃げ面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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